浅谈矿山开采大断面巷道支护技术应用

李红旭

摘 要：近年来伴随着我们国家矿山产业的兴起，各项技术都做了完善更新，矿山通道数量也在逐渐提升，要想更好的迎合开采和通风的目的，对于通道的断切面也有很大的要求，断切面过大会导致内部结构不稳定，更大的对管道内部支护装置产生重力影响。一部分专业人士在对矿山道以及断切面的研究上做了充分的调查，来利用锚杆更好地对墙体做好支撑，增强锚杆的支撑度，加强内部管道的稳定度，提高安全性能。

关键词：矿山开采大断面;巷道支护;技术应用

引 言

矿山是国家工业生产的重要能源来源，采矿能源价格低、用途广，是工业必须的原材料，尽管近几年环境问题被广泛关注，矿山资源在国家发展中具有重要的战略地位不可取代，近十年矿山开采比例逐年增加。我国采矿资源大部分分布在地下，采用地下井开采方式非常普遍，地下开采难度大，且大部分处于地质环境复杂区域。为满足产能不断增加的市场需求，矿山巷道掘进效率和巷道支护工程量也需要相应增加，但巷道安全性差、工程难度大且成本高，目前，矿山采矿和掘进机械化程度已经超过30%，生产效率也获得提升，但是数据对比分析发现，采掘比例仅为1∶3，掘进速度远远低于矿采的速度，由此可见大断面巷道快速掘进技术和方法研究，对于煤炭行业快速发展具有重要意义。

1、大断面矿山围岩变形特点

断面两侧均为矿山，管道内壁硬度低，高度大，对于施工保护有很高的难度，主要是还会有管道开采和挖掘的影响，管道内部松动和变化都很大，这就会导致内部通道产生以下变化：①围岩周围松动，固定点产生松动，导致锚杆的固定无法保证。②周围岩石壁变形程度严重，木板距离顶层距离为4厘米和6厘米之间，一般的锚杆不能达到这个高度，要依靠绳索来进行辅助，帮助加固。③管道内部岩石变形，会对矿山通道造成影响，特别是地势、交错位置等地方都会容易出现问题。所以我们常选择10米左右的位置来设置冒顶，高度高于通道两倍，宽度要尽可能小于。

2、矿山开采大断面巷道支护技术应用

2.1研究掘进设备之间的匹配性

生产前，技术人员必须对掘进设备及配套设备进行设备匹配性技术评估，包括产能、故障率、参数调整、工序衔接、生产效率方面进行分析计算。根据岩层硬度、地质条件选择合理的掘进机械参数，根据矿藏价值和特点选择经济性好的设备，根据矿山断面选用合适的设备尺寸和重量。考虑设备的可靠性、稳定新和维护性，尤其是针对易损部位，必须选用市场常用零部件，并配套合理的检测系统，检测工作过程的有毒有害气体含量，预防事故的发生，配置除尘降噪等设备，为操作者作业提供良好的环境。

2.2预留变形，大断面巷道

据了解有一些矿山是采取了大断面预留变形的形式来应对巷道的大变形。当巷道围岩移近量非常大，特别是工作面两顺槽在回采期间需进行多次卧底，于是采用了预留变形、大断面巷道的设计思路。巷道高度达4.2-4.6米，巷道宽度达4.8-5.0米或者更大，并预留部分底煤以便进行卧底工作。巷道支护形式多为锚网（索）支护，通过加强支护强度和支护范围来尽量控制巷道的变形。但由于深部矿压非常大，巷道变形难以抵抗，故采用大断面巷道只是在巷道变形至影响使用前将工作面推出，如工作面推进较慢或巷道变形量太快、太大仍需对巷道进行处理修护。在巷道初期的支护强度非常关键。所以要尽量加大巷道掘进期间的支护强度。在支护参数上可采用高强锚杆（索），恒阻大变形锚杆及锚网索-桁架耦合技术等。

2.3技术质量要求

锚索施工可以与迎头施工同时进行，岩石较硬，岩石层较为完整时，锚索距离迎头为6m-8m。岩性差，顶板岩石破碎或锚杆生根在炭质泥岩等软岩中时，锚索必须紧跟迎头。锚索施工时，必须保证锚索生根在稳定岩石段不少于2m，否则必须加长锚索长度。锚杆外露长度：露出螺母10mm-50mm;锚索露出锁具长度为300mm，允许偏差0mm--100mm。锚杆螺母扭矩力不小于140N·m，锚杆抗拔力不小于80kN/根，锚索预应力不小于160kN/根。喷射均匀，喷浆后喷浆表面无裂缝、蜂窝、孔洞、露筋、穿裙、赤脚现象，基本饱满密实，无明显凸凹现象。喷浆表面平整度不大于50mm（1m?范围内）。

2.4采用机械化作业线使用机械化方式进行开采

可以选择最新型的开采机器进行挖掘，新引进的设备主要对材质过软或者半矿山的地形进行开采，运输，挖掘，做一系列的运输工作。运输机器以及锚杆保护装置的工作主要是，辅助矿山通道有更好的安全性能，帮助将矿山顺利运出。通过无轨液压进行运输，方便工作人员操作，并且运输起来更加的便捷迅速，能够循环利用，工作效率高，符合矿山地下复杂的情况，对于坡度过高的地形，也可以顺利的进行爬行。在工作中如遇到阻碍，还会进行刹车，有更好的稳定性。车的结构主要是依靠钢铁焊接，有很强的稳定性，可以更好的承载多样的矿山，在装卸中有更快的工作效率。使用这样的运输装置可以更快的进行运输，方便了人们工作，增强了工作效率，减少了资金的投入。帮助人们解决了运输困难，可以更快的进行矿山的挖掘，也保护了人们的生命安全。

2.5优化巷道支护参数减少支架保护的时间

根据相关研究表示，为了更好的进行周围岩石壁的保护，可以选用强度过高的锚杆进行维护。例如，现在最适合使用鸟窝锚索进行保护。具体数据如下，第1种类型为：长为12米，直径为1.524厘米。两锚索间距为200厘米×100厘米，选择的底层托盘为30厘米×30厘米×1厘米的圆形托盘。顶部选择的间距为每一排三根，每一根间距一米。当压力逐渐降低后，可以改变锚索保护措施的尺寸长度。改变后的类型为：顶部选择高强度的锚杆，直径为两厘米，长度为240厘米。锚杆选择高强度的应力，将过去间距全部调整增大200厘米。底部托盘全部换为15厘米×15厘米×0.8厘米，对于钢带的托盘调整为30cm×30cm×0.375cm。

2.6支护工艺优化

矿山掘进质量与效率和支护互相配合和制约，巷道支护问题相对复杂，尤其是在不同的岩层环境中，锚杆安装后对围岩提供显著的轴向和横向的支护阻力，避免岩体松动和塑性松动圈的增大，并恢复开挖岩体表面的平衡受力状态，达到围岩稳定的效果。目前数值分析技术已经比较成熟，将不同的矿山断面进行仿真，数值仿真计算地质材料在達到强度极限或屈服极限时发生破坏或塑性流动的非线性力学行为，尤其是弹塑性分析、大变形分析及地下工程施工等领域均具有其独特的优点。

2.7合理安排各工序平行作业

合理安排各个工序，首先对不同的工序分析，巷道支护工作占据快速掘进一半以上的工时，锚杆、锚网等联合支护形式技术相当成熟，但不能和掘进机并行工作，制约巷道综合掘进速度，因此采用了滞后迎头一段距离的弱化支护技术以缩短支护时间，滞后安装的锚杆是在掘进机后面完成的，不耽误掘进机的工作，大大减少永久支护占用时间，提高了工作效率，实现了机械设备前后平行作业。

结 语

随着巷道宽度的增加，巷道围岩塑性区范围不断扩大，巷道两帮的移近量变化缓慢，但顶板沉降明显增大，最大变形出现在采矿层顶板中部位置，巷道宽度变化对顶板稳定性影响较大。对于厚顶矿大断面巷道，通过采取高预应力锚杆索支护方式并适当提高顶板支护密度，可以对浅部围岩施加更大压应力，更好的实现预应力扩散，控制顶板沉降，保持锚固区围岩稳定性。

参考文献

[1] 李志全.厚煤层分层开采回采巷道布置及支护研究[J].能源技术与管理，2018，43（06）：51-53.

[2] 温振华.特厚煤层大断面巷道窄煤柱护巷围岩控制技术[J].江西煤炭科技，2018（04）：57-60.